專(zhuān)利名稱(chēng)：小作用力電化學(xué)機(jī)械處理方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)，更具體涉及電處理或電化學(xué)設(shè)備和處理方法，例如，包括電鍍的材料淀積方法和材料去除方法，例如，可以用于工件表面的拋光方法。
背景技術(shù)：
諸如集成電路(IC)的常規(guī)的半導(dǎo)體器件通常包括半導(dǎo)體襯底，常用的硅襯底，和幾層順序形成的用絕緣材料層隔開(kāi)的導(dǎo)電材料層。導(dǎo)電材料層，或互連形成IC的布線結(jié)構(gòu)。布線結(jié)構(gòu)經(jīng)絕緣材料層或?qū)娱g介質(zhì)層與鄰近的布線結(jié)構(gòu)隔開(kāi)。盡管當(dāng)前有用低介電常數(shù)介質(zhì)材料代替IC結(jié)構(gòu)中的至少一部分標(biāo)準(zhǔn)的致密二氧化硅材料的趨勢(shì)，但是，硅IC中通用的介質(zhì)材料是二氧化硅。在需要降低RC時(shí)間常數(shù)和提高電路的運(yùn)行速度的高性能IC中，這種代替是必要的。要想降低電容量，就必須用低介電常數(shù)介質(zhì)材料代替互連結(jié)構(gòu)中的高介電常數(shù)介質(zhì)材料。
在工業(yè)上已經(jīng)使用了各種低介電常數(shù)介質(zhì)材料，這些材料是有機(jī)材料、無(wú)機(jī)材料、旋涂材料和CVD材料。一些低介電常數(shù)介質(zhì)材料是介電常數(shù)低于3.0的多孔材料。眾所周知，用低介電常數(shù)介質(zhì)材料在制造上存在許多困難。例如，這些材料的機(jī)械強(qiáng)度低和/或?qū)σr底的附著力低等，在半導(dǎo)體工業(yè)中存在一些困難。
在介質(zhì)層間層中腐蝕形成的特征或空腔中通過(guò)金屬化處理填充例如銅的導(dǎo)體形成IC互連。由于銅的電阻低和具有所希望的電磁特性，所以，銅是互連優(yōu)選的導(dǎo)體。當(dāng)前，電鍍是形成銅金屬層的優(yōu)選工藝。
在典型的IC中，多層面(levels)的互連結(jié)構(gòu)相對(duì)襯底表面橫向延伸。順序形成的多層互連用例如通路或接點(diǎn)的特征電連接。典型的互連制造工藝中，在半導(dǎo)體襯底上首先形成絕緣材料層。然后，進(jìn)行構(gòu)圖和腐蝕工藝，然后在絕緣材料層中形成例如溝槽、通路和焊盤(pán)等特征。然后，電鍍銅以填充特征。這種電鍍工藝中，工件或晶片(這些技術(shù)術(shù)語(yǔ)在本文中可以交替使用)放在晶片托架上，與電極相關(guān)的陰極(-)電壓加到晶片表面，而電解液或電解溶液浸濕晶片和電極的表面。
電鍍工藝一旦完成，就要進(jìn)行例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)工藝，以去除晶片頂表面(也叫做場(chǎng)區(qū))上多余的銅層(也叫做銅表層)，由此，只留下特征里的銅。然后，進(jìn)行輔助材料去除工藝步驟，以去除例如在場(chǎng)區(qū)上的阻擋/粘接層的其他導(dǎo)電層。按該方式，特征里的淀積銅實(shí)質(zhì)上是相互物理和電隔離的。注意，材料去除工藝包括但不限于CMP、電腐蝕和腐蝕工藝。而且，也可以用在一個(gè)工藝步驟中既去除場(chǎng)區(qū)上的銅又去除阻擋/粘接層的工藝。
在CMP中，在晶片旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下鍍膜的晶片表面壓到移動(dòng)的拋光墊或拋光帶上進(jìn)行平整處理。如上所述，該工藝在規(guī)定的互連層面上電隔開(kāi)各個(gè)特征中淀積的銅。該工藝重復(fù)幾次后，可以形成多層面互連結(jié)構(gòu)，其中，通路中或接點(diǎn)特征上的銅電連接各個(gè)互連層面。然而，CMP處理過(guò)程中，由于晶片表面加機(jī)械力，因此，用低介電常數(shù)介質(zhì)材料會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。例如，在CMP過(guò)程中，由于低介電常數(shù)介質(zhì)材料的機(jī)械強(qiáng)度差和附著力小，所以，低介電常數(shù)介質(zhì)材料可能會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力和分層，或出現(xiàn)其他的缺陷。CMP處理的時(shí)間越長(zhǎng)，這些問(wèn)題越嚴(yán)重。因此，要求減少CMP處理時(shí)間和減少加到晶片上的力，特別是用低介電常數(shù)介質(zhì)材料時(shí)更需要減少CMP處理時(shí)間和減少加到晶片上的力。
企圖在CMP處理中用更小的作用力或更小的壓力。還企圖用腐蝕或電腐蝕方法代替CMP處理來(lái)去除電鍍襯底的場(chǎng)區(qū)上的銅表層。
用在工件表面上設(shè)置平面銅薄層的平面銅淀積方法可以使CMP的負(fù)面作用達(dá)到最小或完全克服。這種平面淀積方法是電化學(xué)機(jī)械淀積(ECMD)方法。按ECMD的一個(gè)技術(shù)方案，在工件表面和工件-表面-作用裝置(WSID)例如，掩模、拋光墊或掃除器之間物理接觸和相對(duì)移動(dòng)時(shí)，在至少部分電淀積工藝過(guò)程中用工件-表面-作用裝置(WSID)。在由本發(fā)明的受讓人共同擁有的以下的專(zhuān)利和待審查的申請(qǐng)中可以找到有關(guān)各種平面淀積方法和設(shè)備的描述，這些專(zhuān)利和專(zhuān)利申請(qǐng)是U.S.專(zhuān)利.No.6176992，發(fā)明名稱(chēng)是“Method and Apparatusfor Electrochemical Mechanical Deposition(電化學(xué)機(jī)械淀積方法和設(shè)備)”；2001年12月18日提交的U.S.申請(qǐng)No.09/740701，發(fā)明名稱(chēng)“Plating Method and Apparatus that Creates a Differential BetweenAdditive Disposed on a Top Surface and a Cavity Serface of aWorkpiece Using an External Influence(用外部作用在工件的頂表面和空腔表面上的附加淀積之間產(chǎn)生差別的電鍍方法和設(shè)備)”；和2001年9月20日提交的U.S.申請(qǐng)No.09/961193，發(fā)明名稱(chēng)“Method andApparatus for Contrlling Deposition on Predetermined Portion of aWorkpiece(工件預(yù)定部分上的淀積的控制方法和設(shè)備)”。可以使用這些專(zhuān)利1申請(qǐng)中公開(kāi)的方法以平面方式在工件上的空腔部分中和空腔部分上淀積金屬。
使用ECMD方法，工件表面用電解液浸濕，并相對(duì)于電極為陰極，該電極也用電解液浸濕。結(jié)果在工件表面淀積材料。通過(guò)將所加的電壓極性顛倒，并使工件表面相對(duì)于電極更具有陽(yáng)性，這些方法也能用于電腐蝕或電拋光。在CMP裝置中也可以對(duì)工件表面加陽(yáng)極電壓。用ECMD方法首先淀積平面層，然后在相同的電解液中電腐蝕該平面膜，或者，在專(zhuān)用的電腐蝕溶液或電拋光溶液中顛倒所加的電壓，可以獲得極薄的平面淀積。按該方式，淀積層的厚度可以按平面方式減小。事實(shí)上，該腐蝕工藝能夠發(fā)生，直到去除了場(chǎng)區(qū)上的全部或大部分金屬為止。注意，由于采用或不采用WSID都能實(shí)現(xiàn)平面腐蝕，所以，在電腐蝕工藝中可以使用WSID也可以不使用WSID。
更詳細(xì)地說(shuō)，在ECMD期間，在用WSID掃過(guò)工件表面時(shí)，工件表面推向WSID表面，或者，在至少部分時(shí)間里工件表面同樣推向WSID表面。由于有上述的掃過(guò)動(dòng)作，所以能進(jìn)行平面淀積。而且要求減小掃除器加到工件表面上的力，特別是當(dāng)工件具有結(jié)構(gòu)性差的低介電常數(shù)介質(zhì)材料時(shí)更是如此。但是，在力減小時(shí)需要保持工件表面與掃除器表面之間的整體接觸。換句話說(shuō)，該物理接觸要均勻一致，和能夠重復(fù)，以獲得最佳的結(jié)果。因此，需要改進(jìn)ECMD方法和設(shè)備，以使平面金屬淀積或電腐蝕過(guò)程中加到襯底表面上的力最小，同時(shí)保持在掃除器區(qū)域上均勻分布的該力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種電化學(xué)機(jī)械處理系統(tǒng)，使所加的力均勻分布在工件表面。系統(tǒng)包括用于定位或固定工件表面的工件托架，和工件-表面-作用裝置(WSID)。使用WSID將所加的力均勻分布到工件表面上，在一個(gè)實(shí)施例中，WSID還包括柔性頂層，硬底層，和淀積在頂層和底層之間的可壓縮的中間層。柔性頂層與工件表面接觸。柔性頂層可以是單層，也可以是組合層。組合層還包括研磨上層和下層。
另一實(shí)施例中，本發(fā)明公開(kāi)了一種系統(tǒng)，包括具有第一可壓縮層和第二可壓縮層的WSID，淀積在第一可壓縮層與第二可壓縮層之間的硬支撐層，和附著在第一可壓縮層上的柔性層，在此柔性層與工件表面接觸。
以下將更詳細(xì)描述包括用本發(fā)明方法的本發(fā)明所公開(kāi)的其他實(shí)施例。


通過(guò)以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些目的、其他目的和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更清楚和更容易理解，附圖中圖1A顯示出常規(guī)的電化學(xué)機(jī)械處理系統(tǒng)；圖1B顯示出與常規(guī)掃除器構(gòu)件接觸的晶片截面；圖1C顯示出與按本發(fā)明的掃除器構(gòu)件接觸的晶片截面；圖2A顯示出常規(guī)晶片表面的更詳細(xì)的截面；
圖2B顯示出具有其上淀積的平面銅層的圖2A中的晶片表面；圖3A顯示出按本發(fā)明的工件-表面-作用裝置；圖3B顯示出按本發(fā)明的工件-表面-作用裝置的透視圖；圖3C顯示出按本發(fā)明的操作中的工件-表面-作用裝置；圖3D顯示出按本發(fā)明的工件-表面-作用裝置的組合層構(gòu)件的一個(gè)例子；圖3E顯示出按本發(fā)明的晶片托架的另一個(gè)例子；圖4顯示出按本發(fā)明的工件-表面-作用裝置的另一個(gè)例子；圖5A和5B顯示出按本發(fā)明的工件-表面-作用裝置的另一個(gè)例子；圖6顯示出按本發(fā)明的工件-表面-作用裝置的另一個(gè)例子；圖7A和7B顯示出按本發(fā)明的工件-表面-作用裝置的另一個(gè)例子；圖7C顯示出按本發(fā)明的工件-表面-作用裝置的頂層結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子；圖7D和7E分別顯示出按本發(fā)明的圖7C所示的頂層結(jié)構(gòu)的頂膜底膜；圖8A-8C顯示出使用常規(guī)的工件-表面-作用裝置在襯底上形成的不均勻?qū)拥睦?；和圖8D和8E顯示出使用本發(fā)明的工件-表面-作用裝置在襯底上形成的均勻?qū)拥睦印?br> 具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，以便更好地理解本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。正如本文其他地方所描述的，根據(jù)本文中描述的原理和教導(dǎo)，各個(gè)實(shí)施例可以有各種改進(jìn)和替換。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖1-8描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在全部附圖中相同的元件、結(jié)構(gòu)、膜層等用相同的參考數(shù)字指示。而且，本文中提供了具體的參數(shù)，這些參數(shù)只是用于說(shuō)明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明。
以制造集成電路中用的互連為例，來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。注意，本發(fā)明用于填充任何工件上凹槽，這些凹槽以叫做空腔，所述的任何工件具有例如Au，Ag，Ni，Pt，Pd，F(xiàn)e，Sn，Cr，Pb，Zn，Co及其合金的各種電鍍材料。采用上述的材料填充空腔，本發(fā)明可以有不同的用途，例如用在封裝、平面顯示器、磁頭等。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)小作用力ECMD工藝、使用給晶片表面加均勻的小作用力的新的工件-表面-作用裝置(WSID)結(jié)構(gòu)，在晶片表面上形成平面導(dǎo)電層。用小作用力電化學(xué)機(jī)械腐蝕(ECME)工藝也可以形成另外的結(jié)構(gòu)。在以下的描述中，由于ECMD和ECME兩種工藝都包括電化學(xué)工藝和機(jī)械動(dòng)作，因此，ECMD和ECME兩種工藝都叫做電化學(xué)機(jī)械工藝(ECMPR)。
圖1A顯示出能按本發(fā)明使用的常規(guī)的電化學(xué)機(jī)械處理系統(tǒng)。ECMPR系統(tǒng)10包括常規(guī)的WSID12，該WSID12具有位于緊靠工件或晶片16的開(kāi)口15。多孔的并支撐WSID12的支撐板13包括開(kāi)口或穿孔14。本例中，表示ECMD，晶片16是要鍍例如銅或銅合金的導(dǎo)電材料的硅晶片。晶片托架18夾緊晶片16，使晶片16的正面20對(duì)著WSID12的頂表面22。開(kāi)口15設(shè)計(jì)成能保證從電解溶液24中在晶片16的正面20上均勻地淀積銅。如果用電腐蝕或ECME，那么，用淀積溶液、電解溶液、腐蝕溶液、或電解液中的任何一種溶液，能對(duì)晶片正面20進(jìn)行均勻的電腐蝕。面向晶片16的正面20的WSID12的頂表面22用作掃除器，WSID12本身確定溶液和電場(chǎng)流到晶片16的正面20進(jìn)行整體和均勻的淀積和腐蝕。
ECMPR系統(tǒng)10還包括浸在溶液24中的電極26。溶液24通過(guò)WSID12的開(kāi)口15與電極26和晶片16的正面20流體連通。電極26是用于Cu淀積的典型的Cu材料。電極26也可以是例如鍍鈦(Ti)的鉑(Pt)構(gòu)成的惰性電極。示例性的銅電解溶液可以是添加了工業(yè)上通用的促進(jìn)劑、抑制劑、勻平劑、氯化物等的硫酸銅溶液。
操作過(guò)程中，WSID12的頂表面22至少在一部分工藝過(guò)程中掃過(guò)晶片16的正面20。注意，在ECMPR的整個(gè)工藝時(shí)間內(nèi)WSID12不接觸。淀積例如銅的平面膜時(shí)，晶片16的正面20要比將變成陽(yáng)極的電極26更陰極性(即，更負(fù))。進(jìn)行電腐蝕時(shí)，晶片表面要比電極26更陽(yáng)極性。
WSID12包括頂層28，中間層30，底層32。頂層28可以周例如3M公司供應(yīng)的固定的-研磨劑-膜的研磨材料，或者用CMP用途中用的任何其它所謂的研磨墊材料，例如，Rodel供應(yīng)的聚合IC-1000材料。頂層28的典型厚度范圍是0.1-2.0mm。然后，中間層30是安裝頂層28的安裝層。中間層30通常是用硬塑料材料構(gòu)成的，例如，厚度范圍是1.0-3.0mm的聚碳酸酯。最后，底層32用作壓縮層以完成結(jié)構(gòu)。底層32通常用聚合泡沫材料構(gòu)成，例如，聚氨酯或聚丙烯，具有要求10-20psi的壓力的典型壓縮強(qiáng)度，泡沫的壓扁厚度是它的原始厚度2.0-5.0mm的25％。指定給本發(fā)明的相同受讓人的2001年9月20日提交的美國(guó)申請(qǐng)No.09/960236發(fā)明名稱(chēng)“Mask Plate Design(掩模板設(shè)計(jì))”公開(kāi)了各種WSID的實(shí)施例。
如前面背景技術(shù)部分所描述的，例如薄銅層的薄導(dǎo)電層的平面淀積對(duì)低介電常數(shù)介質(zhì)材料的應(yīng)用具有吸引力，但是，包括低介電常數(shù)介質(zhì)材料的襯底不能承受大的應(yīng)力。通過(guò)減小對(duì)著WSID12的晶片表面20的壓力，常規(guī)的WSID12可以用于用低介電常數(shù)介質(zhì)材料處理晶片。因此，可以減小壓力但不損壞低介電常數(shù)介質(zhì)材料。然而，在ECMPR系統(tǒng)10的總壓力的減小時(shí)，不排除在晶片16上可能存在局部的高壓力點(diǎn)。由于存在是比較硬的泡沫的底層32，所以，WSID12整體上是一個(gè)軟結(jié)構(gòu)，由于存在中間層30，所以，它不需要局部柔軟。在頂層比較厚(厚度大于0.5mm)的情況下，WSID結(jié)構(gòu)的總硬度增大。圖1A所示的WSID12使WSID12的表面與晶片16的正面20之間具有總的均勻的接觸。但是，局部的狀態(tài)會(huì)有差別。如果WSID12和晶片16的正面20的平整度不是非常平整，或者，兩個(gè)平面不是完全平行，那么在處理中晶片16表面的某些部分所承受的壓力會(huì)關(guān)于其他部分所承受的壓力，特別是當(dāng)晶片16表面首先與WSID12的表面接觸時(shí)更是如此。如果不是絕對(duì)平行，當(dāng)晶片表面降低到掃除器表面上時(shí)，晶片表面的一部分最初接觸掃除器表面。由于所加的力是恒定的和掃除器的硬的，那么，晶片表面的這一部分會(huì)受到比較大的壓力。
圖1B顯示出與常規(guī)掃除器結(jié)構(gòu)接觸的晶片的截面圖。圖1B中，晶片16的典型截面與掃除器結(jié)構(gòu)16A接觸。如圖示的，晶片16可以具有不平的頂表面20。頂表面20可以包括場(chǎng)區(qū)，這里場(chǎng)區(qū)可以包含凹槽或空腔。頂表面可以有也可以沒(méi)有已經(jīng)淀積的導(dǎo)電層?？梢杂卸喾N因素引起這種不平的表面，這些因素包括用晶片托架固定晶片時(shí)加到晶片上的彎曲應(yīng)力或其他應(yīng)力，掃除器結(jié)構(gòu)16A與晶片16之間平行缺陷，或者，場(chǎng)區(qū)的不平整的幾何形狀。
用常規(guī)的掃除器結(jié)構(gòu)16A處理晶片16時(shí)，晶片表面20的某些部分與掃除器表面之間的接觸區(qū)域不均勻，因此，壓力也不均勻。特別是在截面16B中，在晶片表面20與掃除器表面16C之間存在間隙，在該截面上不存在加到晶片表面上的壓力。結(jié)果，有高壓點(diǎn)的整個(gè)晶片表面在與掃除器表面接觸的晶片表面的部分掃除效果不一致。此外，產(chǎn)生了缺陷。特別是在晶片表面有機(jī)械強(qiáng)度差的膜層時(shí)，例如，有低介電常數(shù)介質(zhì)材料時(shí)，加到在晶片表面上的局部的高壓力也會(huì)引起應(yīng)力和剝離的面積。
圖1C顯示出按本發(fā)明的與掃除器接觸的晶片的截面圖。按本發(fā)明的掃除器結(jié)構(gòu)16AA是比較軟的，而且，比常規(guī)的掃除器更軟。用掃除器結(jié)構(gòu)16AA能與晶片表面形成更均勻完全的接觸。換句話說(shuō)，掃除效果更均勻，壓力分布均勻。因此，采用典型的1.0psi以下的小作用力時(shí)，最好是用0.5psi以下的小作用力時(shí)，在掃除器結(jié)構(gòu)16AA與晶片16之間會(huì)產(chǎn)生完全接觸，而不必考慮晶片是否存在由于晶片用晶片托架固定所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力或其他應(yīng)力所造成的晶片16不平、掃除器與晶片之間的平行缺陷、或場(chǎng)區(qū)的不平整的幾何形狀等因素。
圖2A顯示出常規(guī)晶片表面的更詳細(xì)的截面。晶片襯底300包括晶片103上形成的構(gòu)圖層302，最好是絕緣層(見(jiàn)圖3A)。構(gòu)圖層302可以包括絕緣體，例如，低介電常數(shù)介質(zhì)材料，構(gòu)圖層302用公知的構(gòu)圖和腐蝕方法按照金屬互連的設(shè)計(jì)規(guī)則形成。構(gòu)圖層302包括空腔或間隙，即由場(chǎng)區(qū)310相互隔開(kāi)的第一空腔306和第二空腔308。這些空腔形成使得第一空腔306是通路，第二空腔308是具有第二通路309的凹槽。通路306由底壁312a和側(cè)壁314a界定。凹槽308由底壁312b和帶第二通路309的側(cè)壁314b界定，第二通路309由底壁312c和側(cè)壁314c界定。
具有例如Ta、TaN、Ti、TiN或WN材料的一層或多層薄層阻擋層或粘接層317覆蓋空腔以及襯底300的頂表面。銅薄膜318作為籽層覆蓋在阻擋層317上用于隨后的電鍍銅層。銅籽層318作為隨后的淀積層生長(zhǎng)的晶核。
圖2B顯示出其上有淀積的平面銅層的圖2A所示的晶片表面。平面銅層320可以淀積到空腔306、308、309中和場(chǎng)區(qū)310上。采用以下將詳細(xì)描述的本發(fā)明進(jìn)行淀積工藝。
圖3A顯示出按本發(fā)明的工件-表面-作用裝置(WSID)。WSID100設(shè)置在緊靠工件或被晶片托架105固定的晶片103的位置。晶片托架105相對(duì)Z-軸旋轉(zhuǎn)和按X方向和Y方向橫向移動(dòng)晶片103。本實(shí)施例中，晶片托架105穩(wěn)定，在處理過(guò)程中不水平移動(dòng)。操作過(guò)程中，晶片103的正面104通常垂直于Z-軸。而且，圖2A顯示出晶片103的正面104的詳細(xì)狀態(tài)。本發(fā)明的WSID100和晶片托架105可以在常規(guī)的ECMPR系統(tǒng)10使用。
圖3B是按本發(fā)明的工件-表面-作用裝置(WSID)的透視圖。WSID100包括頂層100a，中間層100b和底層100c。本實(shí)施例中，頂層100a可以是附著到中間層100b的軟薄膜。頂層100a可以是單層，也可以是組合層，即一層以上的多層結(jié)構(gòu)。例如，如果頂層100a包括一層以上的多層，那么，這些多層膜的尺寸可以不同。但是，這種組合膜層的總厚度應(yīng)小于0.5mm，最好小于0.2mm。例如，圖3D顯示出WSID的組合層結(jié)構(gòu)170。組合層170結(jié)構(gòu)包括上層172和下層174。本例中，要求上層172是研磨層。
圖3C顯示出按本發(fā)明的操作中的工件-表面-作用裝置(WSID)現(xiàn)在參見(jiàn)圖3A-3C，可壓縮的軟的中間層100b附著在底層100c的頂部。底層100c是支撐層，其硬度足夠支撐中間層100b和頂層100a。底層100c是多孔板而且包括開(kāi)口107，允許電解溶液和電場(chǎng)任意流向襯底表面。一些實(shí)施例中，底層100c可以是電極。在操作中，電解溶液108包含要淀積的金屬離子和添加劑以形成優(yōu)質(zhì)膜，與電極與晶片表面104接觸。
頂層100a是柔性層，其厚度小于或等于0.5mm，優(yōu)選小于或等于0.2mm。頂層100a具有比較平的表面，例如，頂層100a是包含尺寸為0.05-0.5μm的研磨顆粒的研磨膜(例如，由Buehler或3M公司供應(yīng)的研磨膜)，或者是3M公司供應(yīng)的固定研磨墊中采用的那些平頂小直徑柱或錐形柱。頂層100a的表面最好是研磨表面，以有效地掃除晶片表面。頂層100a的柔軟度是關(guān)鍵。換句話說(shuō)，頂層100a要足夠軟，當(dāng)晶片表面不是絕對(duì)平坦時(shí)要與晶片表面完全一致，如圖1C所示。
頂層100a還包括具有任意形狀或尺寸的開(kāi)口或溝道116用于在晶片103上均勻淀積銅。開(kāi)口116具有任意形狀，只要能允許流體經(jīng)WSID100在晶片103與電極(沒(méi)有顯示)之間流動(dòng)即可。盡管圖3A和3B中顯示的WSID100是矩形，但是，它也可以具有許多其他的幾何形狀，例如由本發(fā)明的受讓人共同擁有的2001年9月20日提交的U.S.申請(qǐng)No.09/961193，發(fā)明名稱(chēng)“Plating Method and Apparatus forContrlling Deposition on Predetermined Portion of a Workpiece(工件預(yù)定部分上的淀積的控制方法和設(shè)備)”中公開(kāi)的小面積掃除器。
中間層100b用泡沫類(lèi)或凝膠類(lèi)材料構(gòu)成，使中間層100b在加壓力時(shí)容易壓縮，在所加的壓力除去時(shí)又能恢復(fù)到原來(lái)的形狀。這些材料的例子例如有聚氨酯，聚丙烯，聚乙烯，橡膠，乙基乙烯乙酸酯，聚氯乙烯，聚乙烯醇，甲基乙烯丙烯二烯(ethlene propylene dienemethyl)，及其組合物。中間層100b可以包括許多互連開(kāi)口多孔網(wǎng)，允許電解液經(jīng)它們按箭頭108指示的方向滲透。在本例中，中間層100b包括開(kāi)口多孔結(jié)構(gòu)。中間層100b的壓縮強(qiáng)度應(yīng)是在1-10psi的測(cè)試力下中間層100b能壓縮大約25％，所述的測(cè)試力應(yīng)高于本發(fā)明處理過(guò)程中用的小作用力。
在操作過(guò)程中，中間層100b要壓縮的量小于2mm，而優(yōu)選似的小于1mm，因此，晶片托架按X方向或Y方向移動(dòng)時(shí)晶片的邊緣不會(huì)損壞頂層100a。因此，要正確地選擇中間層100b的厚度。例如，要在操作過(guò)程中壓縮1mm，如果選擇壓縮強(qiáng)度為1psi(壓縮25％)的泡沫材料，如果要求壓縮強(qiáng)度是1psi，那么中間層100b的厚度應(yīng)是4mm。但是，由于在低作用力ECMD工藝中通常要求小作用力，所以，泡沫材料通常的厚度比較大(本例中泡沫材料的厚度可以是10-20mm)，或者，選擇的典型的泡沫材料具有比小的壓縮強(qiáng)度。中間層100b加到晶片表面上的力的大小與中間層100b壓縮量(圖3C中“d”)之間的關(guān)系基本上是線性的，隨給定的泡沫材料的壓縮量作用力線性增加，但也可以不是線性關(guān)系。
如上所述，典型的ECMPR系統(tǒng)10可以進(jìn)行平面或非平面電鍍，以及平面或非平面電腐蝕。按該技術(shù)方案，如果要求非平面處理，晶片表面可以進(jìn)到WSID100的頂層100a附近但最好不與頂層100a接觸，從而進(jìn)行非平面金屬淀積。
而且，如果要求平面處理，在頂層100a和晶片表面104相對(duì)移動(dòng)時(shí)，晶片表面104與頂層100a接觸。溶液按箭頭108指示的方向流過(guò)中間層100b的開(kāi)口多孔和溝道116流過(guò)頂層100a，晶片103移動(dòng)，例如，旋轉(zhuǎn)和/或橫向移動(dòng)，而晶片表面104與頂層100a接觸。在晶片103與電極之間施加電位和并存在流過(guò)WSID100的電解溶液的情況下，根據(jù)晶片表面與電極之間所加的電壓極性在晶片表面104上電鍍或腐蝕例如銅的金屬。當(dāng)頂層100a與晶片103接觸時(shí)，頂層100a與晶片表面104一致，提供均勻一致的1接觸和壓力。
如上所述，低介電常數(shù)介質(zhì)材料機(jī)械性能不穩(wěn)定，在處理過(guò)程中不能承受例如1psi以上的高壓力。由于WSID100具有可壓縮性，所以，在銅層的平面淀積過(guò)程中可以按均勻方式在這種低介電常數(shù)介質(zhì)材料構(gòu)成的層間層上加小作用力。如圖3C所示，當(dāng)晶片103與頂層100a接觸時(shí)，通過(guò)向底層100c壓中間層100b可以控制加到晶片103上的力。如上面指示的，當(dāng)加到晶片表面上的力增大“d”時(shí)，由于頂層100a具有柔軟性和支撐頂層100a的中間層100b具有可壓縮性，所以，WSID100可以整體是軟的或局部是軟的。這種結(jié)構(gòu)允許晶片正面與柔軟的頂層100a之間局部地和整體地均勻一致和低壓力接觸。同時(shí)在WSID100與晶片103之間出現(xiàn)完全接觸狀態(tài)和局部接觸狀態(tài)。
再參見(jiàn)圖3C，隨著晶片托架105向WSID100降低，晶片托架105向下移動(dòng)首先對(duì)WSID100施壓。晶片托架105使頂層100a彎曲和并對(duì)中間層100b施壓。在這一點(diǎn)，在頂層100a之間立即建立均勻一致的整體接觸。然后，當(dāng)中間層100b企圖恢復(fù)到它原有的形狀時(shí)，中間層100b經(jīng)頂層100a給晶片103加反作用力。由于位于這兩個(gè)相反的作用力之間，在該處理過(guò)程中頂層100a與晶片103一致或局部接觸。
為了進(jìn)行說(shuō)明，上述的處理需要兩個(gè)階段。應(yīng)了解，可以按與晶片托架105推向WSID100的相同方式在晶片表面104與頂層100a之間建立局部接觸。而且，按低壓力技術(shù)方案，當(dāng)晶片103與WSID100接觸時(shí)，晶片103所施加的力引起WSID100的壓縮量為“d”。由于晶片托架105在移動(dòng)時(shí)穩(wěn)定，即，它在WSID100上旋轉(zhuǎn)和橫向移動(dòng)時(shí)，壓縮量“d”不變。如果“d”小，通過(guò)WSID100施加到晶片表面上的力也小。隨著“d”的增大，通過(guò)WSID100施加到晶片表面上的力也越來(lái)越大。選擇中間層100b的強(qiáng)度和晶片向頂層100a推動(dòng)的距離“d”，壓力范圍在0.01-1psi或更大的壓力按均勻方式加到晶片表面。如上所述，“d”的優(yōu)選量是小于1mm，如果“d”值太大且圖3C中的晶片橫向輸送，那么，晶片的邊緣會(huì)向柔性層100a的表面的相反方向移動(dòng)，最后造成損壞。因此，最好選擇可壓縮層100b的壓縮值，使加到晶片表面上的壓力或力造成的壓縮距離小于2mm。
本例中用的晶片托架105在處理過(guò)程中是穩(wěn)定的不會(huì)轉(zhuǎn)向(gimbal)。用例如1999年12月27日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.09/472522，發(fā)明秒名稱(chēng)“Workpiece Carrier Head for Plating orPolishing(用于電鍍或拋光的工件托架頭)”中公開(kāi)的萬(wàn)向夾頭結(jié)構(gòu)，將晶片安裝在萬(wàn)向夾頭上并給固定晶片的夾頭面加預(yù)定的壓力，實(shí)施本發(fā)明。然后，晶片向WSID100下降和推向頂層100a直到轉(zhuǎn)向動(dòng)作變成可操作時(shí)為止。這種情況下，通過(guò)施加晶片托架105加到萬(wàn)向夾頭上的壓力確定晶片表面上的力。WSID100的軟的可壓縮的特性允許施加0.01-1psi范圍的小作用力不會(huì)損壞晶片表面與頂層100a之間的均勻一致的接觸。
圖3E顯示出按本發(fā)明的晶片托架的另一例。晶片托架605與晶片托架105一樣，只是晶片托架605包括一個(gè)線圈裝置610。線圈裝置610保證加到晶片上的壓力是恒定的所要求的小作用力。例如，當(dāng)WSID600更硬時(shí)，帶線圈裝置610的晶片托架605使要加到晶片上的壓力是恒定的要求的小作用力。而且，如上述的，使用晶片托架605，WSID600與晶片表面一致。例如，如果WSID600(即研磨墊)的額定壓力是1-2psi，那么，可以用額定壓力小于0.5psi的線圈裝置610，使得傳送到夾頭605上的壓力也是小于0.5psi的小作用力。線圈裝置610允許夾頭605主要按垂直方向(Z-方向)移動(dòng)。
圖4顯示出按本發(fā)明的工件-表面-作用裝置(WSID)的另一例。WSID可以按不同的形式和形狀構(gòu)成。例如，WSID150包括第一可壓縮層152和第二可壓縮層154?？蓧嚎s層152和154可以用具有開(kāi)口多孔結(jié)構(gòu)的海棉狀材料構(gòu)成。本實(shí)施例中，具有開(kāi)口155a的硬支撐層155夾在第一可壓縮層152與第二可壓縮層154之間。開(kāi)口155a允許電解溶液從第二可壓縮層154流到第一可壓縮層152。支撐層155支撐WSID150，當(dāng)對(duì)晶片施壓時(shí)允許它均勻地壓扁。與前面的實(shí)施例一樣，WSID150包括附著到第一可壓縮層152的柔性頂層156。在電鍍過(guò)程中柔性頂層156掃過(guò)晶片表面。柔性頂層156中的開(kāi)口158允許電解溶液從第一可壓縮層152流向晶片。注意，這里可以用兩層或多層可壓縮層，和一層或多層支撐層。隨著結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越厚，它變得越來(lái)越軟。換句話說(shuō)，當(dāng)晶片向WSID150推固定距離“d”時(shí)，給定類(lèi)型的多層可壓縮層構(gòu)成的比較厚的疊層產(chǎn)生在晶片表面上的較低作用力。
圖5A和5B顯示出按本發(fā)明的工件-表面-作用裝置(WSID)的另一例。WSID201包括可壓縮層200，可壓縮層200具有從頂表面203延伸到可壓縮層200的底表面204的溝道202。盡管在本實(shí)施例中可壓縮層200最好用閉口的多孔海棉材料構(gòu)成，使電解溶液通過(guò)溝道202流動(dòng)，但是，可壓縮層200也可以用開(kāi)口的多孔海棉材料構(gòu)成。柔性層206附著到可壓縮層200的頂表面203，而支撐層208附著到底表面204。溝道202連續(xù)通過(guò)柔性層206和支撐板208。柔性層206包括軟固定研磨層。柔性層206的柔軟性和可壓縮層200的壓縮性兩者的柔軟特性組合，允許晶片與WSID201之間建立均勻一致的整體的和局部的接觸。
操作過(guò)程中，如圖5B所示，夾頭使晶片103向著WSID201降低。晶片103所加的壓力使WSID 201減小“d”的距離。與上面所述的實(shí)施例一樣，當(dāng)“d”增加時(shí)，或者，WSID201繼續(xù)壓下，在晶片表面上的壓力增大。溝道202設(shè)計(jì)成能保證在晶片表面上進(jìn)行均勻的淀積或腐蝕。而且，與上面所述的實(shí)施例一樣，柔性層206可以是兩層或多層膜構(gòu)成的組合層。
WSID201可以按不同的形式和形狀構(gòu)成。例如，圖6顯示出按本發(fā)明的工件-表面-作用裝置(WSID)的另一例。WSID220包括第一可壓縮層222和第二可壓縮層224。第一可壓縮層222和第二可壓縮層224用具有閉合孔結(jié)構(gòu)的海棉狀材料構(gòu)成。本實(shí)施例中，在第一和第二可壓縮層222、224之間插入硬支撐層226。最好是軟研磨層的柔性層228附著到第一可壓縮層222。貫通膜層226、224、222和228形成的溝道230允許電解溶液流過(guò)WSID 220。支撐層226支撐WSID220并在晶片對(duì)WSID220加壓少時(shí)允許WSID220均勻地壓扁。該結(jié)構(gòu)中可以用多層可壓縮材料和支撐材料。
圖7A和7B顯示出按本發(fā)明的工件-表面-作用裝置(WSID)的另一例。WSID300設(shè)置在用晶片托架105固定的工件或晶片103的附近，具有與上述的特征相同的特征。WSID300包括具有頂膜308和底膜310的頂層306，中間層312，和底層314。本實(shí)施例中，頂膜308和底膜310用薄的軟材料層構(gòu)成。具有上表面315的頂膜附著到底膜310的頂表面317，底膜310又附著到中間層312的頂部。中間層312放在底膜314上。
頂層306的頂膜308最好是有效掃除晶片表面具有研磨表面的軟研磨膜(具有研磨表面)。因此，頂膜308用作用于ECMPR的掃除器。頂膜308的厚度范圍可以是0.05-5mm，優(yōu)選的厚度范圍是0.1-1mm，也可以是具有較平整表面的膜層，例如，是含顆粒尺寸為0.05-0.5的研磨顆粒(可以從Buehler或3M公司購(gòu)買(mǎi)到)或具有平頂?shù)男≈睆降膱A柱或錐形柱研磨顆粒的研磨膜，例如由3M公司供應(yīng)的固定研磨墊中用的研磨顆粒材料。底層310可以是用聚酯薄膜或聚碳酸酯材料構(gòu)成的薄膜。根據(jù)所要求的柔軟性底膜310的厚度范圍可以是0.01-2mm。頂膜308的柔軟性和附著的底膜310的柔軟性對(duì)于本發(fā)明的實(shí)踐非常重要。一個(gè)實(shí)施例中，頂層106要足夠軟，甚至在表面不是絕對(duì)平時(shí)頂層106也能與晶片表面完全一致。
中間層312是具有開(kāi)口或從底層314延伸到頂層306的溝道321。溝道允許處理液流過(guò)WSID300和浸濕晶片表面。本實(shí)施例中，溝道321形成為可壓縮層312的多個(gè)截面部分319之間的凹槽。或者，可壓縮層312的具有開(kāi)口結(jié)構(gòu)，允許流體在頂層306與底層314之間流動(dòng)。底層314是支撐層，它有足夠的硬度，以支撐可壓縮層312和整個(gè)組件。
底膜310包括多個(gè)開(kāi)口或溝道320。本實(shí)施例中，溝道320形成為在底膜310的多個(gè)條322之間的平行狹縫。底膜310的溝道圖形最好與可壓縮層314的溝道圖形相同。頂膜308包括形成為頂膜308的多個(gè)條326之間的狹縫的溝道324。頂膜308的溝道或狹縫324可以大于底膜310的溝道或狹縫320。頂膜308的多個(gè)條326按交叉形式或網(wǎng)狀形式附著在底膜310的多個(gè)條322上。
用交叉結(jié)構(gòu)使頂層306使在與晶片103接觸時(shí)更硬和更穩(wěn)定，而不需要用本文所述的小作用力方法。換句話說(shuō)，頂膜308基本上插入底膜310的溝道320中時(shí)，這就可以提供更硬的頂層306。另外，如果頂膜308沒(méi)有插入底膜310的溝道320，那么在與晶片103接觸時(shí)這些組成頂層306的膜變形。
交叉結(jié)構(gòu)的另一優(yōu)點(diǎn)是，交叉結(jié)構(gòu)有助于溶液在晶片表面均勻分布。溶液流過(guò)可壓縮層312和填充底膜310中的溝道320，然后填充頂膜308中的溝道324。立即而連續(xù)地保持在這些溝道中的處理液為晶片提供有效和均勻分布的溶液源。交叉和垂直疊置的溝道網(wǎng)允許處理液流動(dòng)而不會(huì)停滯在WSID300的表面上。
圖7C顯示出按本發(fā)明的工件-表面-作用裝置的頂層結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。頂層500包括頂膜502(如圖7D中顯示的)和底膜504(如圖7E中顯示的)。圖7D和7E分別顯示出圖7C中的頂層結(jié)構(gòu)的頂膜和底膜。尤其，頂膜502包括斜條506和直條508。直條508位于頂膜502的兩個(gè)不相鄰的角510A與510B之間。通過(guò)角510A與510B中使用直條，該設(shè)計(jì)防止當(dāng)晶片托架105橫向移動(dòng)時(shí)可以正切晶片托架105的邊緣的任何條側(cè)向嚙合到晶片托架105的前緣。底膜504也包括保持兩層的交叉結(jié)構(gòu)的直條和斜條。圖7E也是可壓縮層的頂視圖。
圖8A-8C顯示出用常規(guī)的工件-表面-作用裝置在襯底上形成的不均勻?qū)拥囊粋€(gè)例子。圖8A顯示出具有在絕緣層404中形成的特征402的襯底400。襯底400具有包括升高區(qū)408和凹槽區(qū)410的不平整的表面406。這種不平整性是由包括在銅淀積處理步驟前進(jìn)行的不理想的處理?xiàng)l件的各種因素造成的。表面具有在不平整性中出現(xiàn)的多種缺陷。而且，這些小的缺陷或輕微的不平整性會(huì)在隨后的多個(gè)處理步驟中加重，這就會(huì)影響多層膜的淀積，造成明顯的不平整性。而表面406可以代表已經(jīng)接受互連結(jié)構(gòu)的至少一層的表面。與晶片托架相關(guān)的問(wèn)題，例如，有缺陷的夾具面、O-形環(huán)，真空系統(tǒng)的問(wèn)題或機(jī)械問(wèn)題等中也會(huì)引起不平整性。例如，其上放置襯底的夾具面可能有缺陷，或者，襯底放置在會(huì)引起不平整性的有缺陷的O-形環(huán)上。
下面，圖8B顯示出在ECMD銅淀積過(guò)程中與不平整表面406接觸的常規(guī)的工件-表面-作用裝置412。如圖8B所示，盡管升高區(qū)域接觸常規(guī)的工件-表面-作用裝置412，但是凹槽區(qū)域不接觸常規(guī)的工件-表面-作用裝置412，這就在凹槽區(qū)域410與裝置412之間留下了間隙。如圖7C所示，進(jìn)行處理時(shí)，間隙414使銅膜416的厚度不均勻。
圖8D和8E顯示出使用按本發(fā)明的工件-表面-作用裝置在襯底上形成的均勻?qū)拥囊粋€(gè)例子。如圖8D所示，按本發(fā)明的WSID418在處理過(guò)程中與凹槽區(qū)域410以及升高區(qū)域408一致，因此與表面406完全接觸。圖8E中，在這些條件下，銅淀積在襯底表面上形成均勻銅層420。
本發(fā)明的WSID也能用于腐蝕工件的導(dǎo)電表面，例如不給導(dǎo)電的工件表面加電壓腐蝕半導(dǎo)體晶片，即，進(jìn)行化學(xué)腐蝕。在這種腐蝕工藝中，WSID將均勻的小作用力加到工件表面，改善了例如均勻去除材料的處理結(jié)果?？梢杂酶g溶液進(jìn)行腐蝕工藝。典型的腐蝕溶液可以是含例如過(guò)氧化氫的氧化劑和例如硫酸的酸性腐蝕劑。腐蝕過(guò)程中，腐蝕劑流過(guò)WSID的開(kāi)口和接觸要腐蝕的導(dǎo)電表面，并在工件表面與WSID的頂層之間建立物理接觸和相對(duì)移動(dòng)。結(jié)果，不加任何電位按均勻方式從工件表面去除材料。而且，接觸工件的WSID的頂表面在小作用力下從晶片表面去除缺陷并有利于去除均勻性。
盡管以上已經(jīng)詳細(xì)描述了各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，但是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，在不脫離本發(fā)明的新教授和優(yōu)點(diǎn)的前提下，本發(fā)明的典型實(shí)施例還有很多改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用于在采用電化學(xué)機(jī)械工藝處理工件表面時(shí)均勻地分布所施加的小作用力的系統(tǒng)，所述電化學(xué)機(jī)械工藝采用施加到工件表面上的處理液以及電極和工件之間的電位差，該系統(tǒng)包括工件托架，用于在電化學(xué)機(jī)械工藝中固定工件在適當(dāng)位置；和工件-表面-作用裝置，用于將所加的小作用力均勻分布到工件的導(dǎo)電頂表面，工件-表面-作用裝置包括可壓縮材料，在工件-表面-作用裝置的頂表面與工件的導(dǎo)電頂表面之間接觸和相對(duì)移動(dòng)時(shí)，該可壓縮材料用于使工件-表面-作用裝置的頂表面與工件的導(dǎo)電頂表面一致。
2.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征是，工件-表面-作用裝置包括作為頂表面的柔性頂層；硬底層；和可壓縮中間層，其包括設(shè)置在柔性頂層和硬底層之間的可壓縮材料。
3.按照權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征是，所述工件托架在處理過(guò)程中用于旋轉(zhuǎn)工件。
4.按照權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其特征是，所述工件托架在處理過(guò)程中用于橫向移動(dòng)工件，并且所加的小作用力小于1磅每平方英寸。
5.按照權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征是，硬底層、可壓縮層和柔性頂層各自包括處理液能通過(guò)的多個(gè)開(kāi)口。
6.按照權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征是，所述硬底層包括電極。
7.按照權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征是，所述可壓縮材料包括泡沫材料或凝膠材料。
8.按照權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征是，所述可壓縮的中間層可壓縮小于2mm。
9.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征是，所述工件-表面-作用裝置包括至少兩層可壓縮層，其中至少一層可壓縮層包含可壓縮材料；在至少兩層可壓縮層之間設(shè)置至少一層硬支撐層；和附著到一層可壓縮層的柔性層，其中，柔性層與工件表面接觸。
10.按照權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征是，所述硬支撐層支撐柔性層和可壓縮中間層，其中，所加的小作用力小于大約1磅每平方英寸。
11.按照權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其特征是，所述硬支撐層、至少兩層可壓縮層和柔性層各自包括處理液能通過(guò)的多個(gè)開(kāi)口。
12.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征是，處理液包括電鍍?nèi)芤?，拋光溶液中的一種溶液。
13.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征是，所加的作用力小于大約1磅每平方英寸。
14.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征是，所述工件托架包括線圈裝置以施加恒定作用力。
15.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征是，工件-表面-作用裝置的頂表面具有基本上覆蓋除邊緣區(qū)域以外的整個(gè)工件的表面區(qū)域。
16.按照權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征是，工件-表面-作用裝置的頂表面具有基本上小于工件的導(dǎo)電頂表面的表面區(qū)域的表面區(qū)域，還包括在工件-表面-作用裝置與工件之間建立相對(duì)移動(dòng)的裝置，使工件-表面-作用裝置基本上在工件的整個(gè)表面上掃過(guò)。
17.一種工件-表面-作用裝置，用于將所加的力均勻地分布到工作的導(dǎo)電頂表面上，該裝置包括柔性層，當(dāng)工件的導(dǎo)電頂表面與柔性層之間接觸和相對(duì)移動(dòng)時(shí)，用于使柔性層與工件的導(dǎo)電頂表面一致；可壓縮層，用于吸收所加的作用力，并幫助提供向柔性層所接觸的工件的整個(gè)導(dǎo)電頂表面施加作用力的均勻性；和硬層，用于支撐柔性層和可壓縮層，其中，柔性層、可壓縮層和硬層中的每一層都提供將所加的力均勻分布到工件的導(dǎo)電頂表面上的結(jié)構(gòu)。
18.按照權(quán)利要求17的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述柔性層包括位于其中的研磨材料。
19.按照權(quán)利要求18的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述柔性層包括含有上層和下層的組合層，所說(shuō)的上層和下層中，每層都包括按交叉結(jié)構(gòu)排列的多個(gè)過(guò)溝道。
20.按照權(quán)利要求17的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述可壓縮層、柔性層和硬層各自包括允許溶液通過(guò)的多個(gè)開(kāi)口。
21.按照權(quán)利要求20的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述可壓縮層中的多個(gè)開(kāi)口形成多個(gè)溝道。
22.按照權(quán)利要求21的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述多個(gè)溝道中至少有一些溝道相互平行。
23.按照權(quán)利要求22的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述柔性層還包括其他的多個(gè)溝道，其中，所述多個(gè)溝道中的至少一些溝道與所述其他的多個(gè)溝道中的至少一些溝道按交叉結(jié)構(gòu)交叉。
24.按照權(quán)利要求23的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述柔性層包括頂膜和底膜，頂膜中包含研磨材料；所述其他的多個(gè)溝道形成在頂膜中；和所述多個(gè)溝道也形成在底膜中。
25.按照權(quán)利要求24的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述底膜中的所述其他的多個(gè)溝道和可壓縮層中的所述其他的多個(gè)溝道基本上對(duì)準(zhǔn)。
26.按照權(quán)利要求18的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述可壓縮層包括泡沫材料或凝膠材料。
27.按照權(quán)利要求17的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述硬層包括電極。
28.按照權(quán)利要求17的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述柔性層包括位于其中的研磨顆粒。
29.按照權(quán)利要求17的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述可壓縮層包括多層可壓縮層。
30.按照權(quán)利要求29的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述柔性層包括多層柔軟膜。
31.按照權(quán)利要求30的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述硬層包括多層硬層。
32.按照權(quán)利要求29的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述硬層包括多層硬層。
33.按照權(quán)利要求17的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述可壓縮層包括允許溶液通過(guò)的開(kāi)口的多孔網(wǎng)。
34.按照權(quán)利要求17的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述可壓縮層在加1-10磅每平方英寸的測(cè)試作用力時(shí)可壓縮大約25％。
35.按照權(quán)利要求17的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述可壓縮層能壓縮小于2mm。
36.按照權(quán)利要求24的工件-表面-作用裝置，其特征是，所述頂膜和底膜按交叉結(jié)構(gòu)相互附著。
37.一種在工件導(dǎo)電頂表面的處理過(guò)程中用工件托架和工件-表面-作用裝置將所加的小作用力均勻分布到工件上的方法，該工件具有導(dǎo)電頂表面，方法包括以下步驟工件被支撐到工件托架上，使工件的導(dǎo)電頂表面可以處理；在處理過(guò)程中，使工件托架和工件-表面-作用裝置彼此相對(duì)移動(dòng)，工件的導(dǎo)電頂表面和工件-表面-作用裝置的頂表面接觸；和在使工件托架和工件-表面-作用裝置彼此相對(duì)移動(dòng)、工件的導(dǎo)電頂表面和工件-表面-作用裝置的頂表面接觸的步驟中，使用工件-表面-作用裝置向工件的導(dǎo)電頂表面加小作用力，使工件-表面-作用裝置的頂表面與工件的導(dǎo)電頂表面一致。
38.按權(quán)利要求37的方法，還包括處理液經(jīng)工件-表面-作用裝置流到工件表面的步驟。
39.按權(quán)利要求38的方法，其特征是，處理液包括電鍍?nèi)芤汉蛼伖馊芤褐械囊环N溶液。
40.按權(quán)利要求37的方法，其特征是，使用所加的小作用力壓縮工件-表面-作用裝置小于2mm。
41.按權(quán)利要求37的方法，其特征是，所加的作用力小于大約1磅每平方英寸。
42.按權(quán)利要求37的方法，其特征是，在導(dǎo)電頂表面與電極之間加電位差。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路技術(shù)，并公開(kāi)了一種電化學(xué)機(jī)械處理系統(tǒng)，用于將所加的力均勻分布到工件表面。該系統(tǒng)包括工件托架，用于定位或固定工件表面和工件－表面－作用裝置(WSID)。采用WSID將所加的力均勻分布到工件表面上，并且WSID包括各種膜層，這些膜層用于處理和向工件表面施加均勻而且全程的力。
文檔編號(hào)B24B37/04GK1701136SQ02821390
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2002年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月28日
發(fā)明者布倫特·M·巴紹爾, 西普里安·E·烏宗, 杰弗里·A·博加特 申請(qǐng)人:Asm納托爾公司